KR20040031689A - Composite optical element and light receiving element device - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판(1)의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자(2)와, 기판(1)의 다른 면에 장착된 반도체 레이저(3) 및 수광 소자(4)와, 기판(1)과 수광 소자(4) 사이에 개재된 중간 부재(중계 기판)(5)을 포함하는 복합 광학 소자이다. 중간 부재(5)는, 수광 소자(4)에 입사하는 광속을 투과시키기 위한 투공(6) 및 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자(4)의 단자와 기판(1) 상의 도체 패턴을 접속시키고 있다.The present invention provides at least one optical element 2 mounted on one surface of the substrate 1, a semiconductor laser 3 and a light receiving element 4 mounted on the other surface of the substrate 1, and a substrate 1. And an intermediate member (relay substrate) 5 interposed between the light receiving element 4. The intermediate member 5 has a perforation 6 for transmitting the light beam incident on the light receiving element 4 and a portion having conductivity, and the terminal and the substrate 1 of the light receiving element 4 are formed by the portion having the conductivity. ) Is connected to the conductor pattern.
Description
종래, CD(Compact Disc), 직경을 64mm로 하는 소경의 광자기 디스크인 이른바 MD, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 광디스크를 기록 매체로서 사용하는 기록 재생 시스템에 있어서는, 장치의 보다 소형화 및 경량화와 함께, 저가격화가 요구되고 있다. 이러한 요청에 따르기 위해서는, 개개의 구성 부품이 소형이고 경량이며, 또한 염가로 제조할 수 있는 것이 필요하다. 전술한 바와 같은 광디스크용의 광학 픽업 장치는, 광원이 되는 반도체 레이저와, 실리콘(Si)을 모재로 한 Pin 다이오드와 같은 수광 소자를 집적화함으로써, 장치 자체의 소형화를 도모하는 동시에 경량화를 도모하고, 또한 저가격화를 실현하고 있다.Conventionally, in a recording and reproducing system using optical discs such as CDs (Compact Discs), small-diameter magneto-optical discs having a diameter of 64 mm, and so-called MD, DVD (Digital Versatile Disc) as recording media, the device can be made smaller and lighter. At the same time, lower prices are required. In order to comply with such a request, it is necessary for individual component parts to be compact, lightweight, and inexpensive to manufacture. As described above, the optical pickup device for an optical disc integrates a semiconductor laser serving as a light source and a light receiving element such as a pin diode based on silicon (Si), thereby miniaturizing and reducing the weight of the device itself. In addition, low prices are realized.
이 광학 픽업 장치에 사용되는 수광 소자는, 광디스크로부터 반사된 광을 수광하고, 전기 신호로 변환하여 출력하는 수광 신호의 처리 및 연산을 행하는 집적회로를 내장시켜, 수광과 수광된 광을 연산하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 기능을 일체화한 1칩의 이른바 「PDIC」(수광 소자 장치)로서 구성함으로써, 이 수광 소자를 사용하는 광학 픽업 장치의 소형화와 함께 경량화를 도모하고 , 보다 저가격화를 실현하고 있다.The light receiving element used in the optical pickup device incorporates an integrated circuit which receives light reflected from the optical disk, processes and calculates a light receiving signal which is converted into an electrical signal and outputted, and calculates the received light and the received light. By constructing a so-called "PDIC" (light-receiving element device) of a single chip in which a function of converting and outputting a signal is integrated, the optical pickup device using this light-receiving element can be reduced in size and weight can be reduced. have.
여기서, 광학 픽업 장치를 구성하는 광원 및 수광 소자에, 프리즘, 렌즈, 회절 격자, 홀로그램 등의 광학 부품을 더하여 일체화하여 소형화를 가능하게 하는 소자를 복합 광학 소자라고 한다. 이 복합 광학 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(101)와 PDIC(102), 및 렌즈와 프리즘과 회절 격자와 홀로그램 등의 광학 소자가 기판(104) 상에 배치되고, 전기적으로, 또는 기계적으로 접속된다.Here, an element that enables miniaturization by adding an optical component such as a prism, a lens, a diffraction grating, a hologram, and the like to the light source and the light receiving element constituting the optical pickup device is referred to as a composite optical element. In this composite optical element, as shown in FIG. 1, an optical element such as a semiconductor laser 101, a PDIC 102, a lens, a prism, a diffraction grating, a hologram, and the like is disposed on a substrate 104. Or mechanically connected.
반도체 레이저(1O1)는, 칩 마운트 공정에 의해 서브 마운트(1O1a)에 장착된다. 서브 마운트(101a)는, 다이본드 공정에 의해 PDIC(102)에 장착된다. 이 때, 서브 마운트(101a)는, PDIC(102)를 구성하는 PDIC 기판(102a)의 배선 패드에 접속 단자가 전기적으로 접속된다. PDIC 기판(102a)에는, 서브 마운트(101a)의 설치 위치를 나타내는 마커(102c)가 형성되어 있다. 서브 마운트(101a)는, 서브 마운트(101a) 자체에 형성된 마커(101b)를 마커(102c)에 대응시킴으로써, PDIC 기판(102a)에 대한 장착 위치가 위치 결정되어 장착된다.The semiconductor laser 10 is mounted on the sub mount 10a by a chip mount process. The submount 101a is mounted to the PDIC 102 by a die bonding process. At this time, the sub-mount 101a is electrically connected to a connection terminal of the PDIC board 102a constituting the PDIC 102. On the PDIC substrate 102a, a marker 102c indicating the mounting position of the submount 101a is formed. The sub-mount 101a corresponds to the marker 102c by attaching the marker 101b formed on the sub-mount 101a itself so that the mounting position to the PDIC substrate 102a is positioned and mounted.
PDIC(102)의 PDIC 기판(102a)에는, 수광 소자(102b)가 장착된다. PDIC(102) 상에는, 프리즘 마운트 공정에 의해 프리즘(103)이 장착된다. PDIC(102)는, PDIC 마운트 공정에 의해 기판(104) 상에 장착된다.The light receiving element 102b is mounted on the PDIC substrate 102a of the PDIC 102. On the PDIC 102, the prism 103 is mounted by a prism mounting process. The PDIC 102 is mounted on the substrate 104 by a PDIC mounting process.
이 복합 광학 소자의 제조에 있어서는, 또한 기판(104) 및 각 부품에 위치의 표적이 되는 마커(104a)를 미리 형성할 수 있고, 이들 마커(104a)를 위치 맞춤의기준으로 하여 기판(104)에 대해서 각 부품이 장착된다. 이러한 위치 결정 방법은, 「패시브 얼라인먼트」라고 한다. 이러한, 각 부품의 기판에 대한 위치 결정(얼라인먼트) 공정의 정밀도에 따라, 복합 광학 소자의 정밀도가 결정된다.In the production of this composite optical element, the substrate 104 and the markers 104a serving as targets of the positions can be formed in advance, and the substrate 104 can be used as the reference for alignment. Each part is mounted. Such a positioning method is called "passive alignment." According to the precision of such a positioning (alignment) process with respect to the board | substrate of each component, the precision of a compound optical element is determined.
그리고, 기판(104)에는, PDIC(102)를 전기적으로 접속하기 위한 전극(104b)이 형성되어 있다. PDIC(102)와 전극(104b) 간은, 도 1 중 화살표로 나타낸 같이, 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속된다.In the substrate 104, an electrode 104b for electrically connecting the PDIC 102 is formed. The PDIC 102 and the electrode 104b are electrically connected by wire bonding, as indicated by the arrows in FIG. 1.
복합 광학 소자를 구성하는 각 부품은, 기본적으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(광원)(101), 광디스크(107)의 신호 기록면 및 수광 소자(102b)의 수광부가, 각각 서로 프리즘(103)의 반사면을 통하여 경상점(鏡像点) 위치가 되도록 배치된다. 그리고, 각 부품의 위치는, 서로의 위치가 어긋나도록 배치하는 경우에 있다.As for each component which comprises a composite optical element, basically, as shown in FIG. 2, the semiconductor laser (light source) 101, the signal recording surface of the optical disc 107, and the light receiving part of the light receiving element 102b are mutually prism, respectively. It is arrange | positioned so that it may become a normal point position through the reflecting surface of 103. As shown in FIG. And the position of each component is a case where it arrange | positions so that mutual position may shift | deviate.
즉, 반도체 레이저(1O1)로부터 출사되는 광속(光束)은, 확산 수속이며, 약간 반도체 레이저 측을 초점으로 한 광으로 되어 있다. 반도체 레이저(101)로부터 출사된 광속은, 콜리메이터 렌즈(105)에 의해 평행 광속으로 되어 대물 렌즈(106)에 의해 광디스크(107)의 신호 기록면 상에 집광된다. 이 때, 대물 렌즈(106)는, 광디스크(107)의 신호 기록면 상에 항상 초점이 맺히도록 광축과 평행한 포커싱 방향으로 이동 제어된다.That is, the luminous flux emitted from the semiconductor laser 101 is diffusion convergence, and becomes light with the focus on the semiconductor laser side slightly. The luminous flux emitted from the semiconductor laser 101 becomes a parallel luminous flux by the collimator lens 105 and is condensed on the signal recording surface of the optical disk 107 by the objective lens 106. At this time, the objective lens 106 is controlled to move in the focusing direction parallel to the optical axis so that the focus is always focused on the signal recording surface of the optical disc 107.
광디스크(107)의 신호 기록면 상에 조사(照射)된 광은, 이 신호 기록면에서 반사되고, 대물 렌즈(106), 콜리메이터 렌즈(105) 및 프리즘(103)을 거쳐, 렌즈(108), (109)에 의해 집광되어, 수광 소자(102b)로 돌아온다. 각 광학 소자는,광디스크(107)의 신호 기록면으로부터의 귀환광이, 수광 소자(102b)의 수광부에 있어서 초점을 맺도록 배치되어 있다. 즉, 반도체 레이저(101), 광디스크(107)의 신호 기록면, 수광 소자(102b)의 수광부에 있어서, 각각 광은 초점 위치에 있다. 이것으로부터, 광원, 신호 기록면, 수광부가 경상점 위치에 있다고 한다.The light irradiated on the signal recording surface of the optical disk 107 is reflected on the signal recording surface, and passes through the objective lens 106, the collimator lens 105, and the prism 103 to form the lenses 108, 109. ), The light is collected and returned to the light receiving element 102b. Each optical element is arranged such that the feedback light from the signal recording surface of the optical disk 107 is focused in the light receiving portion of the light receiving element 102b. That is, in the light receiving portion of the semiconductor laser 101, the signal recording surface of the optical disk 107, and the light receiving element 102b, the light is in the focus position, respectively. From this, it is assumed that the light source, the signal recording surface, and the light receiving portion are at the normal point positions.
한편, 복합 광학 소자를 보다 염가로 제공하기 위해서, 가능한 한 부품수를 감소시키는 연구도 행해지고 있다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 광디스크의 신호 기록면으로부터의 광로 길이가 서로 상이한 수광 소자(102b) 상의 복수의 수광부의 각각으로 광을 되돌리는 구성에 있어서, 각각의 수광부에 있어서의 광속을 각 수광부에 대해서 합초점으로 하기 위한 렌즈를 1개의 렌즈(110)로 하고 있다.On the other hand, in order to provide a composite optical element more inexpensively, the research which reduces the number of components as much as possible is also performed. For example, as shown in Fig. 3, in the configuration in which the light is returned to each of the plurality of light receiving portions on the light receiving element 102b, which are different from each other in the optical path length from the signal recording surface of the optical disc, the light flux in each light receiving portion is A lens for setting the focus point for each light receiving unit is one lens 110.
이 복합 광학 소자는, 정확하게는 렌즈(110)로부터 각각의 수광부까지의 광학 거리가 상이하므로, 동시에 합초점으로는 되지 않는다. 그렇지만, 실용상 허용 할 수 있는 정도로, 포커스 에러 신호, 트래킹 에러 신호, 광디스크로부터 판독된 귀환 광속에 따른 반사 신호(RF신호) 등을 얻는 것이 가능하다. 이러한 광학 부품수의 삭감, 조정 공정의 간소화에 의해, 복합 광학 소자의 소형화를 도모하고, 저가격화를 실현할 수 있다.This composite optical element is precisely different in optical distance from the lens 110 to each light receiving portion, and therefore does not become a focal point at the same time. However, it is possible to obtain a focus error signal, a tracking error signal, a reflection signal (RF signal) corresponding to the feedback light beam read out from the optical disc, and the like to be practically acceptable. By reducing the number of such optical components and simplifying the adjustment process, the composite optical element can be miniaturized and a low cost can be realized.
그런데, 광디스크 등의 기록 미디어의 다양화와 함께 광학 픽업장치에 사용되는 광원의 발광 파장의 단파장화가 도모되고 있다.By the way, along with the diversification of recording media such as optical disks, shortening of the emission wavelength of the light source used in the optical pickup device has been achieved.
기록 미디어의 다양화로서는, 정보 신호를 미소한 요철의 피트 패턴에 의해 디스크 기판에 형성한 재생 전용형의 광디스크, 상변화형의 기록층을 형성한 정보신호의 기록 재생을 가능하게 한 상변화형 광디스크, 광자기 기록층을 형성하여 신호의 기록 재생을 가능하게 한 광자기 디스크 등의 광디스크가 제안되어 있다.Diversification of recording media includes optical discs for reproduction only formed on disc substrates with minute uneven pit patterns, and phase change types for recording and reproducing information signals having phase change recording layers. Background Art Optical discs, such as an optical disc and an optical magnet disc, in which a magneto-optical recording layer is formed to enable recording and reproduction of signals, have been proposed.
재생 전용형의 광디스크 및 상변화형의 광디스크는, 광디스크 상에 기록되는 정보 신호에 따라 반사율이 상이한 영역을 설정하고, 그 영역으로부터 반사되는 광속의 반사율의 상위에 따른 광강도의 변화를 검출함으로써 기록된 정보 신호의 판독이 행해진다. 광자기 디스크는, 광자기 기록층에 있어서의 자기 커 효과(Kerr effect)를 이용하여, 귀환광의 편광각의 상위에 따라 기록된 정보 신호의 판독이 행해진다.An optical disc of a reproduction-only type and an optical disc of a phase change type set an area having a different reflectance in accordance with an information signal recorded on the optical disc, and record by detecting a change in light intensity due to a difference in reflectance of the light beam reflected from the area. The read information signal is read out. The magneto-optical disk reads the information signal recorded in accordance with the difference in the polarization angle of the feedback light by using the Kerr effect in the magneto-optical recording layer.
이러한 다양한 기록 방식의 광디스크에 대응하도록, 이들 광디스크로부터 정보 신호를 판독을 행하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치도, 각각의 방식에 대응하는 것이 요구되고 있다. 이들 광학 픽업 장치는, 기록 방식을 달리하는 각 광디스크에 대응하도록, 사용하는 복합 광학 소자의 구성을 달리하도록 하고 있다.In order to cope with such optical discs of various recording methods, it is also required for the optical pickup apparatus used to read information signals from these optical discs to correspond to the respective methods. These optical pick-up apparatuses are adapted to change the configuration of the composite optical element to be used so as to correspond to each optical disk having a different recording system.
예를 들면, 피트 패턴에 의해 정보 신호를 기록한 재생 전용형의 광디스크로부터 정보 신호를 판도하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치의 수광 소자(102b)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 포커스 에러 신호 및 RF신호 검출용의 하나의 4분할 수광부(111)와, 이것을 사이에 두는 위치에 배치된 트래킹 에러 신호 검출용의 2개의 수광부(112),(113)가 설치되어 있으면 되고, 광디스크로부터의 귀환광을 이들 수광부에 입사시키기 위한 광학 소자의 구성도 간소하다. 이것에 대하여, 광자기 디스크에 기록된 정보 신호를 판독하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치의 수광 소자(102b)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 포커스 에러 신호 및 RF 신호 검출용의하나의 4분할 수광부(111) 및 트래킹 에러 신호 검출용의 2개의 수광부(112),(113)에 더하여, 상이한 편광 상태마다 광강도를 검출하는 수광부(114),(115)가 필요하다. 즉, 광자기 신호는 미약하기 때문에, 수광 소자(102b) 상의 2개의 수광부(114),(115)를 사용하여 차동(差動) 검출을 하는 것이 필요하다. 이와 같이 수광부의 수가 증가함으로써, 광디스크로부터의 귀환광을 이들 수광부에 입사시키기 위한 광학 소자의 구성도 복잡하게 된다. 즉, 이들 수광부에 광디스크로부터의 귀환광을 입사시키기 위해서는, 귀환광을 3개의 광속으로 분기시키지 않으면 안되어, 적어도 2개의 프리즘이 필요하다. 이 때, 자기 커 효과에 의한 편광 방향의 변화에 대해서는, 프리즘의 반사면에 대한 P편광파, S편광파로 나누고, 1개의 프리즘의 반사면에서는 S편광파를 반사시켜 수광 소자(102b)의 하나인 수광부(114)에 입사시키고, 또 하나의 프리즘의 반사면에서는 P편광파를 반사시켜 수광 소자(102b)의 다른 수광부(115)에 입사시킴으로써 검출할 수 있다. 광디스크에 정보 신호가 전혀 기록되어 있지 않은 경우의 귀환광에 대하여, S편광파, P편광파의 강도가 동등해지도록, 복합 광학 소자의 배치를 결정하거나, 또는 예를 들면, 1/2 파장판 등의 광학 소자를 사용할 필요가 있다. 이와 같이, 기록 방식을 달리하는 다양한 광디스크에 대응하기 위해, 광학 픽업 장치를 구성하는 복합 광학 소자의 구조는 복잡해 진다.For example, the light receiving element 102b of the optical pickup apparatus used for guiding the information signal from the reproduction-only optical disc in which the information signal is recorded by the pit pattern is, as shown in Fig. 4, the focus error signal and the RF signal. One quadrature light receiving unit 111 for detection and two light receiving units 112 and 113 for detecting a tracking error signal disposed at a position interposed therebetween may be provided. The structure of the optical element for making it incident on a light receiving part is also simple. On the other hand, the light receiving element 102b of the optical pickup apparatus used for reading the information signal recorded on the magneto-optical disk is one quadrature light receiving unit for detecting the focus error signal and the RF signal, as shown in FIG. In addition to the 111 and the two light receivers 112 and 113 for detecting the tracking error signal, the light receivers 114 and 115 for detecting the light intensity for different polarization states are required. That is, since the magneto-optical signal is weak, it is necessary to perform differential detection using the two light receiving parts 114 and 115 on the light receiving element 102b. As the number of light receiving portions increases in this way, the structure of an optical element for injecting the returned light from the optical disk into these light receiving portions also becomes complicated. That is, in order to inject the feedback light from the optical disk into these light receiving parts, the feedback light must be split into three light beams, and at least two prisms are required. At this time, the change in the polarization direction due to the magneticker effect is divided into P polarized wave and S polarized wave with respect to the reflecting surface of the prism, and S polarized wave is reflected from the reflecting surface of one prism so that one of the light receiving elements 102b can be used. It can be detected by making it enter the phosphorescent light-receiving portion 114 and reflecting the P-polarized wave on the reflecting surface of another prism and entering the other light receiving portion 115 of the light receiving element 102b. The arrangement of the composite optical elements is determined so that the intensity of the S-polarized wave and the P-polarized wave are equal with respect to the feedback light when no information signal is recorded on the optical disk, or, for example, a half-wave plate It is necessary to use optical elements such as these. In this way, in order to cope with various optical discs having different recording methods, the structure of the composite optical element constituting the optical pickup device becomes complicated.
한편, 광원의 발광 파장의 단파장화에 대응하기 위해, 광학 픽업 장치를 구성하는 광학 소자의 굴절률 및 회절각이 문제가 된다. 예를 들면, 피트 패턴에 의해 정보 신호를 기록한 CD 등의 광디스크나 MD 등의 광자기 디스크의 정보 신호의판독에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 780nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용되고, DVD에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 650nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용되고, 또한 고밀도 기록이 가능해지는 광디스크에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 450nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용된다.On the other hand, in order to cope with shortening of the emission wavelength of a light source, the refractive index and the diffraction angle of the optical element which comprise an optical pickup apparatus become a problem. For example, a light source that emits light having a wavelength of 780 nm is used for an optical pickup device used for reading an information signal of an optical disc such as a CD in which an information signal is recorded by a pit pattern or a magneto-optical disc such as an MD. A light source that emits light having a wavelength of 650 nm is used for the optical pickup device used for the optical pickup device, and a light source that emits light having a wavelength of 450 nm is used for the optical pickup device used for an optical disc that enables high-density recording.
여기서, 광학 픽업 장치에 사용되는 광학 소자의 굴절률을 검토하는데, 그 허부(虛部), 즉 흡수가 우선 염려된다. 광학 픽업 장치의 광학 소자의 재료로서 사용되는 광학 유리나 합성 수지 재료에서는, 400nm 근방보다 짧은 파장의 광에 대해서는 흡수가 커진다. 이러한 흡수가 있으면, 필요한 귀환광을 얻기 위해 광원의 발광 출력을 로부터 높게 할 필요가 있고, 또한, 광학 소자의 변질이 발생하므로, 광학 소자의 재료 선정의 자유도가 제약된다. 회절각은, 광속이 단파장일수록 작아진다. 예를 들면, 회절 격자의 피치를 d로 하면, 이 회절 격자에 있어서의 회절각θ은, 다음과 같이 표현된다.Here, although the refractive index of the optical element used for an optical pickup apparatus is examined, its hub part, namely, absorption is concerned at first. In the optical glass and the synthetic resin material used as the material of the optical element of the optical pickup device, absorption is increased for light having a wavelength shorter than around 400 nm. If there is such absorption, it is necessary to raise the light emission output of the light source from in order to obtain the required feedback light, and since the deterioration of the optical element occurs, the freedom of material selection of the optical element is restricted. The diffraction angle is smaller as the light flux is shorter in wavelength. For example, when the pitch of the diffraction grating is d, the diffraction angle θ in this diffraction grating is expressed as follows.
sinθ = mλ/(nd)···(1)sinθ = mλ / (nd) ... (1)
(그리고, m은 정수, λ은 파장, n는 굴절률이다.)(M is an integer, λ is a wavelength, and n is a refractive index.)
이 (1)식으로부터, 광속이 단파장이 되어 λ가 작아질수록, 피치 d 및 굴절률 n가 일정하면, 회절각θ은 작아진다.From this formula (1), the diffraction angle θ becomes smaller as the light flux becomes shorter wavelength and λ becomes smaller, and the pitch d and the refractive index n are constant.
그런데, PDIC 상에 형성하는 복수의 수광부는, 각각의 크기 및 간격에 대해, 각각의 수광부에 입사하는 광속에 대응한 광검출 신호를 독립하여 검출할 수 있도록 구성할 필요가 있다. 이것은, 수광 소자의 성질이나, 작성 공정 능력에 의해 결정되는 것이며, 광속의 파장에 따라서는 직접적인 제약은 받지 않는다. 즉, 수광소자 상의 각 수광부의 크기 및 간격은, 광원의 발광 파장에 대해서는 독립하여 결정되고 있다고 해도 된다. 따라서, 각 수광부가 독립하여 광검출 신호를 검출할 수 있기 위한 크기 및 간격은, 광원의 발광 파장에 의하지 않고 일정하다고 생각해도 된다.By the way, it is necessary to comprise the some light receiving part formed on PDIC so that the light detection signal corresponding to the light beam which injects into each light receiving part may be detected independently about each magnitude | size and space | interval. This is determined by the properties of the light receiving element and the ability of the manufacturing process, and is not directly limited depending on the wavelength of the light beam. That is, the size and spacing of each light receiving portion on the light receiving element may be determined independently of the light emission wavelength of the light source. Therefore, you may think that the magnitude | size and space | interval for each light receiving part can detect a photodetection signal independently are constant regardless of the light emission wavelength of a light source.
이 경우, 전술한 (1)식으로부터, 각 수광부로 귀환광을 분배하여 수광시키기 위해서는, 회절 격자로부터 각 수광부에 이르는 광학적 거리를 길게 하지 않으면 안되어, 구성이 대형화해 버릴 우려가 있다. 이 경우에는, 전술한 것처럼, 복합 광학 소자의 작성을 용이화하기 위해 귀환광의 합초 위치와 수광 소자의 위치를 허용 할 수 있는 범위 내에서 어긋나게 하려고 해도, 그 허용 범위가 현저히 좁아져 버린다. 이 경우에는, 전술한 것 같은, 귀환광을 1개의 렌즈에 의해 복수의 수광부에 집광시키는 구성이 채용되지 않게 된다.In this case, the optical distance from the diffraction grating to each of the light receiving sections must be increased in order to distribute the received light to each of the light receiving sections according to the above formula (1), which may increase the configuration. In this case, as described above, in order to facilitate creation of the composite optical element, the allowable range is significantly narrowed even if the focusing position of the feedback light and the position of the light receiving element are to be shifted within the allowable range. In this case, the structure which condenses the returned light by the one lens by the one lens as mentioned above is not adopted.
실장의 수단으로서의 광학 소자의 위치 결정을 행하기 위해, 전술한 것처럼, 마커를 위치 결정의 표적으로서 사용하는 방법을 채용한 경우, 광학적 거리가 길어짐에 따라, 위치 맞춤 정밀도가 엄격해져, 충분한 위치 결정을 할 수 없게 된다. 예를 들면 동일한 정밀도에서의 각도 맞춤 정밀도에 대해, 회절 격자로부터의 수광부까지의 광학적 거리가 2배가 되게 하면, 수광부와 광스폿의 위치 어긋남은 2배가 된다. 이러한, 수광부와 광스폿과의 위치 어긋남은, 검출해야 할 광검출 신호의 품질의 열화를 가져와, 최악의 경우, 검출 신호가 전혀 검출되지 않는 것도 예상된다.In order to perform the positioning of an optical element as a means of mounting, as mentioned above, when employing the method of using a marker as a positioning target, as the optical distance becomes longer, the positioning accuracy becomes stricter and sufficient positioning is achieved. You won't be able to. For example, when the optical distance from the diffraction grating to the light receiving portion is doubled with respect to the angle alignment accuracy at the same accuracy, the positional shift between the light receiving portion and the light spot is doubled. This misalignment between the light receiving portion and the light spot causes deterioration in the quality of the photodetection signal to be detected, and in the worst case, it is expected that the detection signal is not detected at all.
위에서 설명한 바와 같이, 광학 픽업 장치를 구성하는 복합 광학 소자는, 광디스크의 다양화와 함께 기록 밀도의 고밀도화에 의해 신호 검출계가 복잡화하고, 또한 조립 정밀도의 고정밀화가 요구되고 있다.As described above, in the composite optical element constituting the optical pickup device, the signal detection system is complicated by the increase in the recording density as well as the diversification of the optical disk, and the precision of the assembly precision is required.
이러한 요구를 만족시키기 위해, 베이스가 되는 기판의 일면에 렌즈, 프리즘, 회절 광학 소자 등의 광학 소자를 장착하고, 기판의 다른 면에 광원이 되는 반도체 레이저 및 수광 소자를 장착한다고 하는 양면 실장을 행하고, 또한 조립 공정에 있어서, 광검출 신호 상태를 보면서의 위치 결정(액티브 얼라인먼트)을 행하도록 하고 있다. 이러한 구성 및 조립 공정을 실현하기 위해서는, 기판, 광학 소자, 반도체 레이저 및 수광 소자를, 이러한 구성 및 조립 공정에 적합한 형태로 할 필요가 있다. 먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판(104)에 광투과공(116)을 형성하고, 수광 소자(102b)의 수광부(102c)가, 이 광투과공(116)을 통해 광디스크에 의해 반사된 귀환광을 검출할 수 있도록 구성할 필요가 있다. 수광 소자(102b)는, 수광부(102c)를 기판(104)에 대향시키도록, 이 기판(104)에 접합될 필요가 있다.In order to satisfy these demands, optical elements such as lenses, prisms, diffractive optical elements, etc. are mounted on one surface of the substrate serving as a base, and double-sided mounting is performed to mount a semiconductor laser and a light receiving element serving as a light source on the other side of the substrate. In the assembling step, positioning (active alignment) is performed while viewing the state of the photodetection signal. In order to realize such a structure and assembly process, it is necessary to make the board | substrate, an optical element, a semiconductor laser, and a light receiving element into the form suitable for such a structure and an assembly process. First, as shown in FIG. 6, the light transmission hole 116 is formed in the board | substrate 104, and the light receiving part 102c of the light receiving element 102b was reflected by the optical disc through this light transmission hole 116. It is necessary to configure so that a feedback light can be detected. The light receiving element 102b needs to be joined to the substrate 104 so that the light receiving portion 102c faces the substrate 104.
수광 소자(102b)가 수광하는 귀환광에 따라 검출하는 전기 신호는, 복합 광학 소자의 패키지 밖으로 꺼내질 필요가 있다. 그러므로의 제1 구성으로서, 기판(1 O4) 상에 배선을 행하여, 그 배선에 수광 소자의 단자를 직접 접합시키는 구성이 있다.The electrical signal detected by the feedback light received by the light receiving element 102b needs to be taken out of the package of the composite optical element. Therefore, as a 1st structure, there exists a structure which wires on the board | substrate 104 and directly connects the terminal of a light receiving element to this wiring.
제2 구성으로서는, 예를 들면 일본국 특개 2000-228534 공보, 특개 2000-183368 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 수광 소자와 베이스극과의 사이에, 전극 인출을 중개하기 위한 중계 기판을 개재시키는 구성이 있다. 그리고, 특개2000-228534 공보에는, 수광 소자와 중계 기판을 이방성 도전 재료로 접합하는 구성이기재되어 있다. 특개2000-183368 공보에는, 중계 기판의 일면 측에 광학 소자를 장착하고, 타면측에 수광 소자를 플립칩 본딩하는 구성이 기재되어 있다.As a 2nd structure, as described, for example, in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-228534 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-183368, the structure which interposes the relay board for intermediating electrode extraction between a light receiving element and a base electrode is disclosed. There is this. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-228534 discloses a configuration in which a light receiving element and a relay substrate are bonded by an anisotropic conductive material. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-183368 discloses a configuration in which an optical element is mounted on one side of a relay substrate and flip chip bonding of a light receiving element on the other side.
제3 구성으로서는, 수광부와 전극 단자가 서로 반대측의 면에 형성된 구성의 수광 소자를 사용하는 것이 있다.As a 3rd structure, there exists a light receiving element of the structure in which the light receiving part and the electrode terminal were formed in the surface on the opposite side.
그런데, 종래 사용되고 있는 수광 소자는, 수광부와 전극 단자를 동일한 면에 형성하고, 일면 및 다른 면의 양면에 수광부와 전극 단자를 각각 배치한 것은 없다.By the way, the light-receiving element used conventionally forms a light receiving part and an electrode terminal in the same surface, and has not arrange | positioned the light receiving part and the electrode terminal on both surfaces of one surface and the other surface, respectively.
종래의 복합 광학 소자는, 수광 소자를 패키지(PKG)에 밀봉하는 경우에는 수지 몰드 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행하여, 수광부 측을 수지 몰드하는 구성이나, 수지 몰드나 세라믹으로 이루어지는 중공 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 유리 기판이나 합성 수지제의 평판 등으로 덮개를 하는 구성이 채용되고 있다.In the conventional composite optical element, when sealing a light receiving element to a package (PKG), the chip of the light receiving element is mounted on a resin mold package, wire bonding is performed, and the resin receiving side is resin-molded, or a resin mold or ceramic. After mounting the chip | tip of a light receiving element to the hollow package which consists of, and wire-bonding, the structure which covers with a glass substrate, a flat plate made of synthetic resin, etc. is employ | adopted.
위에서 설명한 바와 같이, 복합 광학 소자 및 PDIC(수광 소자 장치)는, 신호 검출계의 구성이 복잡해지고, 조립 정밀도의 고정밀화가 요구되고, 조립 공정에 있어서는, 종래의 패시브 얼라인먼트가 아니고, 액티브 얼라이먼트를 행할 필요가 있다.As described above, the composite optical element and the PDIC (light receiving element device) have a complicated structure of a signal detection system, require high precision of assembly accuracy, and, in the assembly process, active alignment is performed instead of the conventional passive alignment. There is a need.
액티브 얼라인먼트를 가능하게 하는 구성으로서, 전술한 제1 내지 제3 구성 중에서는, 제3 구성이 가장 간소하다고 할 수 있다. 이 제3 구성에 있어서는, 도 7 (A) 내지 (C) 에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(102b)의 수광면이 기판(104)에 접하도록, 예를 들면 UV(자외선) 경화 수지로 접착을 하고, 신호 인출을 위한 전극을수광면과는 반대의 면에 형성하여 둠으로써, 패키지 밖으로의 신호의 인출이 가능하다.As a structure which enables active alignment, it can be said that the 3rd structure is the simplest among the above-mentioned 1st-3rd structure. In this third configuration, as shown in FIGS. 7A to 7C, for example, adhesion is performed by UV (ultraviolet) curing resin so that the light receiving surface of the light receiving element 102b is in contact with the substrate 104. In addition, the electrode for signal extraction is formed on the surface opposite to the light receiving surface, whereby the signal out of the package can be extracted.
이러한 구성의 수광 소자의 제작에는, 해결하지 않으면 안되는 몇가지 기술 적 과제가 있다. 그 하나로서는, 광투과공의 형성을 들 수 있다. 이 수광 소자에 있어서는, 기판(104)의 두께 이상의 깊이의 광투과공(116)을 형성할 필요가 있고, 광투과공(116)의 개구 면적과 수광 소자(102b)의 크기와의 관계, 또는 광투과공(116)의 내주면에 설치할 필요가 있는 절연부, 삽입되는 전극재의 단선 및 신뢰성이라고 하는 문제가 고려되어, 이 형태의 수광 소자를 구성하는 것이 곤란하다.There are some technical problems that must be solved in manufacturing a light receiving element having such a configuration. As one of them, formation of a light transmitting hole is mentioned. In this light receiving element, it is necessary to form the light transmission hole 116 of the depth more than the thickness of the board | substrate 104, and the relationship between the opening area of the light transmission hole 116, and the size of the light receiving element 102b, or Considering the problems of the insulating portion that needs to be provided on the inner circumferential surface of the light transmitting hole 116, the disconnection of the electrode material to be inserted, and the reliability, it is difficult to construct a light receiving element of this type.
그리고, 기판(104) 상에 형성되는 수광 소자(102b)는, 도 7 (C) 에 나타낸 바와 같이, 기판(104) 상에 설치한 와이어 본딩 패드(104c)와 수광 소자(102b)에 설치한 와이어 본딩 패드(102d) 간을 와이어 본딩으로 함으로써 기판(104) 상에 전기적으로 접속된다.And the light receiving element 102b formed on the board | substrate 104 is provided in the wire bonding pad 104c and the light receiving element 102b which were provided on the board | substrate 104, as shown to FIG.7 (C). The wire bonding pads 102d are electrically connected to the substrate 104 by wire bonding.
한편, 제1 구성, 즉 수광부, 전극부를 동일면에 구성한 수광 소자를 기판에 직접 플립칩 본딩하는 구성에서는, 수광 소자로부터의 광검출 신호를 보면서 조립 및 위치 조정을 행하는 액티브 얼라인먼트를 행하는 것은 곤란하다.On the other hand, in the first configuration, i.e., the configuration in which flip-chip bonding of the light receiving element having the light receiving portion and the electrode portion on the same surface is directly performed on the substrate, it is difficult to perform active alignment that performs assembly and position adjustment while watching the light detection signal from the light receiving element.
이 제1 구성을 채용하면서, 위치 결정 중에 수광 소자로부터의 광검출 신호를 출력시키기 위해서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(102b)의 전극부에, 예를 들면, 프로브핀(117) 등의 전도체를 접촉시킬 필요가 있다. 즉, 제1 방식에 있어서 액티브 얼라인먼트를 행하는데는, 수광 소자(102b)의 위치 조정시에, 이 수광 소자(102b)와 기판(104) 사이에, 프로브핀(117)이 들어갈 만큼의 공극(空隙)을 형성하지 않으면 안된다. 기판(104)과 수광 소자(102b)를 접촉시킨 채로는, 수광 소자(102b)의 위치 조정은 행할 수 없다. 수광 소자(102b)의 위치 조정 중에, 이 수광 소자(102b)와 기판(104) 사이에 공극을 형성하면, 위치 조정시와 조립 후에, 수광면 상에서는 스폿 사이즈가 달라져 버린다. 이 때문에, 조정시에는 정확하게 얻어진 출력 신호가, 조립 후에 있어서 변화해 버려 정확한 위치 조정이 곤란해진다.In order to output the photodetection signal from the light receiving element during positioning while adopting this first configuration, as shown in FIG. 8, for example, a probe pin 117 or the like in the electrode portion of the light receiving element 102b. It is necessary to contact the conductors. That is, in performing active alignment in the first method, a gap as long as the probe pin 117 enters between the light receiving element 102b and the substrate 104 at the time of adjusting the position of the light receiving element 102b. ) Must be formed. The position adjustment of the light receiving element 102b cannot be performed while making contact with the board | substrate 104 and the light receiving element 102b. If the gap is formed between the light receiving element 102b and the substrate 104 during the position adjustment of the light receiving element 102b, the spot size will change on the light receiving surface at the time of position adjustment and after assembly. For this reason, at the time of adjustment, the output signal obtained correctly changes after assembly, and it becomes difficult for accurate position adjustment.
이상의 점으로부터, 제1 및 제3 구성은, 렌즈, 프리즘, 회절 소자 등의 광학 소자의 적어도 하나와, 발광 소자와, 수광 소자를 기판의 양면에 실장하는 복합 광학 소자에 채용하는 것은 극히 곤란하다.In view of the above, it is extremely difficult for the first and third configurations to employ at least one of optical elements such as a lens, a prism, a diffraction element, a light emitting element, and a composite optical element in which the light receiving element is mounted on both surfaces of the substrate. .
수광 소자를 패키지(PKG)에 밀봉하는 경우에, 광원에 청자(靑紫) 레이저와 같은 발광 파장이 예를 들면 400nm정도의 짧은 파장의 광을 출사하는 것을 사용하면, 몰드 수지에 이 파장 대역의 광을 흡수하는 것이 많기 때문에, 적외광이나 가시 광선(적~청)용으로 종래부터 사용되어 온 합성 수지 재료를 사용할 수 없게 된다.In the case where the light receiving element is sealed in the package PKG, when a light emitting wavelength such as a blue laser is emitted to the light source to emit light having a short wavelength of about 400 nm, for example, the wavelength of Since many absorb light, the synthetic resin material conventionally used for infrared light or visible light (red-blue) cannot be used.
즉, 수지 몰드 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 수광부 측을 수지 몰드하는 구성에 있어서는, 단파장역으로 투과율이 높은 몰드 수지를 사용하는 것이 필요하지만, 성형성, 밀봉성 등도 고려하면 적절한 재료가 없다. 수지 몰드나 세라믹으로 이루어지는 중공(中空) 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 유리 기판이나 합성 수지제의 평판 등으로덮개를 하는 구성에 있어서는, 제조 코스트가가 높아지거나, 전체의 크기도 커져 버린다.That is, in the structure which mounts the chip | tip of a light receiving element to a resin mold package, wire-bonds, and resin-molds the light receiving part side, it is necessary to use the mold resin with high transmittance | permeability in a short wavelength range, but it is moldability and sealing property Considering such, there is no suitable material. In a structure in which a chip of a light receiving element is mounted on a hollow package made of a resin mold or a ceramic, wire bonding is performed, and then a cover is made of a glass substrate, a flat plate made of synthetic resin, or the like, the manufacturing cost is high, The size of the whole becomes big.
본 발명은, 광디스크와 같은 광학 기록 매체에 대해서 정보 신호의 기록을 행하거나 또는 광학 기록 매체에 기록된 정보 신호의 판독을 행하는 광학 픽업 장치에 사용되는 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound optical element and a light receiving element device for use in an optical pickup device for recording an information signal on an optical recording medium such as an optical disc or for reading out an information signal recorded on an optical recording medium.
도 1은, 종래의 복합 광학 소자의 조립 공정을 나타낸 평면도이다.1 is a plan view showing an assembling process of a conventional composite optical element.
도 2는, 복합 광학 소자를 사용하여 구성된 광학 픽업 장치를 나타낸 측면도이다.Fig. 2 is a side view showing the optical pickup device constructed using the compound optical element.
도 3은, 종래의 복합 광학 소자의 다른 예를 나타낸 측면도이다.3 is a side view showing another example of a conventional compound optical element.
도 4는, 복합 광학 소자에 있어서의 수광 소자의 수광부의 패턴을 나타낸 평면도이다.4 is a plan view showing a pattern of the light receiving portion of the light receiving element in the composite optical element.
도 5는, 복합 광학 소자에 있어서의 수광 소자의 수광부의 패턴의 다른 예를 나타낸 평면도이다.5 is a plan view showing another example of the pattern of the light receiving portion of the light receiving element in the composite optical element.
도 6은, 종래의 복합 광학 소자의 주요부의 구성을 나타낸 측면도이다.6 is a side view showing the configuration of main parts of a conventional composite optical element.
도 7 (A)는, 종래의 복합 광학 소자의 구성을 나타낸 평면도이며, 도 7 (B)는 그 측면도이며, 도 7 (C)는 저면도이다.FIG. 7: (A) is a top view which shows the structure of the conventional composite optical element, FIG. 7 (B) is a side view, and FIG. 7 (C) is a bottom view.
도 8은, 종래의 복합 광학 소자의 조정 공정을 나타낸 측면도이다.8 is a side view illustrating an adjustment process of a conventional composite optical element.
도 9는, 본 발명에 관한 복합 광학 소자의 구성을 나타낸 측면도이다.9 is a side view showing the configuration of a composite optical element according to the present invention.
도 10은, 복합 광학 소자를 구성하는 광투과성을 가지지 않는 재료로 형성된 중계 기판을 나타낸 평면도이다.10 is a plan view showing a relay substrate formed of a material having no light transmissive material constituting the composite optical element.
도 11은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 와이어 본더를 사용하여 수광 소자 상에 와이어 볼 범프를 형성하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.11 is a side view showing a state in which wire ball bumps are formed on a light receiving element using a wire bonder in the manufacturing process of the composite optical element.
도 12는 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자 상의 와이어 볼 범프를 정형하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.It is a side view which shows the state which shaping the wire ball bump on the light receiving element in the manufacturing process of a composite optical element.
도 13은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자와 중계 기판과의 위치 결정을 행하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.It is a side view which shows the state where the light receiving element and the relay board are positioned in the manufacturing process of a composite optical element.
도 14는, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자와 중계 기판이 범프 접합되는 상태의 주요부를 나타낸 측면도이다.It is a side view which shows the principal part of the state in which the light receiving element and the relay board were bump-bonded in the manufacturing process of a composite optical element.
도 15 (A) 내지 도 15 (F)는, 복합 광학 소자의 중계 기판이 투명한 경우에 있어서의 수광 유닛의 제조 공정을 나타낸 사시도 및 측면도이다.15A to 15F are a perspective view and a side view showing the manufacturing process of the light receiving unit in the case where the relay substrate of the composite optical element is transparent.
도 16은, 복합 광학 소자를 구성하는 투명한 중계 기판을 나타낸 평면도이다.16 is a plan view showing a transparent relay substrate constituting the composite optical element.
도 17은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 발광 소자 및 광학 소자가 장착된 기판을 나타낸 측면도이다.17 is a side view showing a substrate on which a light emitting element and an optical element are mounted in the manufacturing process of the composite optical element.
도 18은, 복합 광학 소자의 제조 공정 중에 있어서의 수광 유닛을 나타낸 측면도이다.18 is a side view illustrating a light receiving unit in a manufacturing process of the composite optical element.
도 19는, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서, 수광 유닛을 기판에 위치 결정 하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.19 is a side view illustrating a state in which a light receiving unit is positioned on a substrate in the manufacturing process of the composite optical element.
도 20은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 유닛을 유지하는 콜렛의 구성을 나타낸 측면도이다.20 is a side view illustrating the configuration of a collet holding a light receiving unit in a manufacturing process of the composite optical element.
도 21은, 복합 광학 소자를 구성하는 수광 소자의 수광부의 패턴을 나타낸 평면도이다.21 is a plan view showing a pattern of the light receiving portion of the light receiving element constituting the composite optical element.
도 22는, 모재가 세라믹인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.22 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the relay substrate when the base material is ceramic.
도 23은, 모재가 반도체인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.23 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a relay substrate when the base material is a semiconductor.
도 24는, 모재가 투명 재료인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.It is a flowchart which shows the manufacturing process of the relay board in the case where a base material is a transparent material.
본 발명의 목적은, 전술한 바와 같은 종래의 기술이 가지고 있는 문제점을 해소할 수 있는 신규의 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a novel composite optical element and a light receiving element device which can solve the problems of the prior art as described above.
본 발명의 다른 목적은, 소형화 및 경량화를 도모하고, 또한 수광 소자의 위치가 용이하고 또한 고정밀도로 조정할 수 있는 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a composite optical element and a light receiving element device which can be miniaturized and reduced in weight, and the position of the light receiving element can be easily adjusted with high accuracy.
본 발명에 관한 복합 광학 소자는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재를 구성하는 모재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 갖는 재료이며, 중간 부재는, 수광 소자에 입사하는 광속이 통과하기 위한 구멍부 및 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다. 그리고, 중간 부재는 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속하는 중계 기판으로서 기능한다.The composite optical element according to the present invention includes a substrate, at least one optical element mounted on one side of the substrate, a light emitting element and a light receiving element mounted on the other side of the substrate, and an intermediate member interposed between the substrate and the light receiving element. The base material which comprises the intermediate member is a material which has absorption characteristics in the light emission wavelength of a light emitting element, The intermediate member has the hole part and the electroconductive part for the light beam which injects into a light receiving element to pass, The terminal of a light receiving element and the conductor pattern on a board | substrate are connected by the part which has electroconductivity. The intermediate member functions as a relay substrate connecting the terminals of the light receiving element and the conductor pattern on the substrate.
본 발명에 관한 다른 복합 광학 소자는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지지 않는, 즉 투과 특성을 갖는 투명 재료인 모재로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다.Another composite optical element according to the present invention includes a substrate, at least one optical element mounted on one side of the substrate, a light emitting element and a light receiving element mounted on the other side of the substrate, and an intermediate interposed between the substrate and the light receiving element. And the intermediate member is formed of a base material which is a transparent material having no absorption characteristics at the light emission wavelength of the light emitting device, that is, a transparent material, has a conductive portion, and has a conductive portion. The terminal of and the conductor pattern on a board | substrate are connected.
본 발명에 관한 수광 소자 장치는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지지 않는, 즉 투과 특성을 갖는 투명 재료인 모재로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다.The light receiving element device according to the present invention includes a substrate, at least one optical element mounted on one surface of the substrate, a light receiving element mounted on the other surface of the substrate, and an intermediate member interposed between the substrate and the light receiving element. The intermediate member is made of a base material which is a transparent material which does not have absorption characteristics at the light emission wavelength of the light emitting element, that is, has a transmissive property, has a conductive portion, and the terminal and the substrate of the light receiving element The conductor pattern of the phase is connected.
본 발명에 관한 복합 광학 소자는, 도체 패턴을 갖는 기판의 일면에 최소한 하나의 광학 소자를 장착하고, 기판의 다른 면에 발광 소자를 장착하고, 이어서, 수광 소자에 입사하는 광속이 통과하기 위한 구멍부 및 도전성을 갖는 부분을 가지고 기판과 수광 소자 사이에 개재되는 중간 부재에 수광 소자를 위치 결정 하여 장착하고, 그 후, 기판의 다른 면에 중간 부재를 장착하고, 또한, 중간 부재의 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속시킴으로써 제조된다.In the composite optical element according to the present invention, at least one optical element is mounted on one surface of a substrate having a conductor pattern, a light emitting element is mounted on the other surface of the substrate, and then a hole for passing a light beam incident on the light receiving element is passed. The light receiving element is positioned and mounted on an intermediate member interposed between the substrate and the light receiving element having a portion having a portion and conductivity, and then the intermediate member is mounted on the other side of the substrate, and the conductivity of the intermediate member is also provided. The part is manufactured by connecting the terminal of a light receiving element and the conductor pattern on a board | substrate.
본 발명의 더욱 다른 목적, 본 발명에 의해 얻을 수 있는 구체적인 이점은, 이하에 있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시예의 설명으로부터 한층 명백하게 될 것이다.Further objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of the embodiments described below with reference to the drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(1)의 일면측에 장착된 적어도 1개의 렌즈와 프리즘과 회절 소자를 포함하는 광학 소자(2)와, 기판(1)의 다른 면에 장착된 발광 소자인 반도체 레이저(3)와 수광 소자(4)를 구비하고 있다. 기판(1)과 수광 소자(4) 사이에는, 중간 부재가 되는 중계 기판(5)이 개재되어 있다. 본 발명에 관한 복합 광학 소자의 제조 방법은, 이러한 복합 광학 소자를 제조하기 위한 방법이다.As shown in FIG. 9, the composite optical element and the light receiving element device according to the present invention include an optical element 2 including at least one lens, a prism, and a diffraction element mounted on one side of the substrate 1, and a substrate. The semiconductor laser 3 and the light receiving element 4 which are light emitting elements attached to the other surface of (1) are provided. Between the board | substrate 1 and the light receiving element 4, the relay board 5 which becomes an intermediate member is interposed. The manufacturing method of the composite optical element which concerns on this invention is a method for manufacturing such a composite optical element.
기판(1)에는, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속을 기판(1)의 일면측에 투과시키기 위한 제1 투공(透孔)(8)이 형성되어 있다. 이 기판(1)에는, 후술하는 광디스크로부터의 귀환광을 기판(1)의 일면측에서 수광 소자(4)에 입사시키기 위한 제2 투공(9)이 형성되어 있다. 반도체 레이저(3)에는, 예를 들면, 400nm부근, 또는 이로부터 자외측(紫外側)의 발광 파장 대역을 갖는 반도체 레이저가 사용되고 있다.In the board | substrate 1, the 1st perforation 8 for transmitting the light beam radiate | emitted from the semiconductor laser 3 to one surface side of the board | substrate 1 is formed. The substrate 1 is formed with a second through hole 9 for injecting the returned light from the optical disk, which will be described later, onto the light receiving element 4 on one surface side of the substrate 1. As the semiconductor laser 3, for example, a semiconductor laser having an emission wavelength band of around 400 nm or the ultraviolet side is used.
중계 기판(5)은, 반도체 레이저(3)의 발광 파장에서 흡수 특성을 갖는 재료를 모재로 하여 형성되어 있다. 이러한 4OOnm 부근, 또는 이로부터 자외측의 파장의 광을 흡수하는 특성을 갖는 재료로서는, 알루미나, 질화 알루미늄, 또는, 유리 에폭시 중 어느 하나의 세라믹 재료, 또는 실리콘, 갈륨-비소, 인듐-인, 또는 징크셀렌(ZnSe)의 어느 하나의 반도체 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료를 사용하여 형성된 중계 기판(5)에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 광디스크로부터의 귀환광을 통하기 위한 제3 투공(透孔)(6)이 형성되어 있다.The relay substrate 5 is formed by using a material having absorption characteristics at the light emission wavelength of the semiconductor laser 3 as a base material. As a material which has the characteristic which absorbs the light of the wavelength of the ultraviolet side in the vicinity of 4OOnm from this, The ceramic material of any one of alumina, aluminum nitride, or glass epoxy, or silicon, gallium arsenide, indium phosphorus, or One semiconductor material of zinc selenium (ZnSe) can be used. In the relay substrate 5 formed using such a material, as shown in FIG. 10, a third through hole 6 for passing the returned light from the optical disk is formed.
중계 기판(5)에 형성되는 제3 투공(6)은, 적어도 수광 소자(4)의 수광부 전체를 기판(1)의 일면측에 임하게 할 수 있는 크기로 형성되어 있다. 또한, 제3 투공(6)은, 중계 기판(5) 상에 중첩되도록 설치되는 수광 소자(4)에 형성한 위치 결정을 위한 마커를 임하게 하는 크기로 하면, 조립 공정을 용이하게하고, 조립에서 장치의 구성을 간소화할 수 있다.The 3rd perforation 6 formed in the relay board 5 is formed in the magnitude | size which can make at least the whole light receiving part of the light receiving element 4 face one side of the board | substrate 1. As shown in FIG. In addition, when the third perforation 6 is sized to expose a marker for positioning formed on the light receiving element 4 provided so as to overlap on the relay substrate 5, the assembling process is facilitated, The configuration of the device can be simplified.
중계 기판(5)의 일면에는, 도전성을 갖는 부분으로서 배선(7)이 형성되어 있다. 배선(7)은, 니켈(Ni)을 베이스 메탈로 하고, 그 위에 금(Au)을 피착하고 있다. 배선(7)을 구성하는 재료에는, 금(Au), 니켈(Ni) 외, 은(Ag), 텅스텐(W), 알루미늄(A1) 등을 사용할 수 있다.On one surface of the relay board 5, the wiring 7 is formed as a conductive portion. The wiring 7 is made of nickel (Ni) as a base metal, and gold (Au) is deposited thereon. As the material constituting the wiring 7, gold (Au), nickel (Ni), silver (Ag), tungsten (W), aluminum (A1), or the like can be used.
중계 기판(5)의 배선(7)이 설치된 일면에는, 이 중계 기판(5) 상에 형성되는 수광 소자(4)의 형성 위치의 위치 결정을 도모하기 위한 마커(7a)가 형성되어 있다.On one surface of which the wiring 7 of the relay board 5 is provided, the marker 7a for positioning the formation position of the light receiving element 4 formed on this relay board 5 is formed.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 구성하는 수광 소자(4)는, 미리 중계 기판(5)에 장착되어 있다.The light receiving element 4 constituting the composite optical element and the light receiving element device according to the present invention is attached to the relay substrate 5 in advance.
수광 소자(4)를 중계 기판(5)에 장착하기 위해서는, 먼저, 도 11에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(4)에 형성된, 예를 들면, 알루미늄(Al)으로 이루어지는 전극 단자 상에, 예를 들면, 와이어 본더(201)를 사용하여, 초음파혼(207)으로부터 인가되는 초음파에 의해, 금(Au)의 와이어 볼 범프(10)를 형성한다. 금은, 금 와이어(Au 와이어)(202)로서 수광 소자(4) 상에 공급된다. 이 때, 온도 조절이 부가된 스테이지(203)에 수광 소자(4)를 탑재하고, 수광 소자(4) 전체를 100˚C이상으로 가열함으로써 와이어 볼 범프(10)가 양호하게 형성된다.In order to mount the light receiving element 4 to the relay substrate 5, first, as shown in FIG. 11, an example is provided on an electrode terminal formed of the light receiving element 4, for example, made of aluminum (Al). For example, the wire ball bumps 10 of gold (Au) are formed by the ultrasonic waves applied from the ultrasonic horn 207 using the wire bonder 201. Gold is supplied on the light receiving element 4 as a gold wire (Au wire) 202. At this time, the light receiving element 4 is mounted on the stage 203 to which temperature control is added, and the wire ball bump 10 is satisfactorily formed by heating the entire light receiving element 4 to 100 ° C. or more.
다음에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 각 와이어 볼 범프(10)의 높이를 갖추기 위해, 수광 소자(4)를 프레스용 기대(基臺)(204)에 탑재하고, 평탄성이 양호한 평판형의 프레스판(205)를 사용하여 프레스 처리를 한다. 이 때, 프레스판(205)의 수광 소자(4)에 대한 강하량은, 프레스용 기대(204) 상에 탑재한 스페이서(206)에 의해 규제된다.Next, as shown in FIG. 11, in order to equip the height of each wire ball bump 10, the light receiving element 4 is mounted in the base 204 for presses, and the flat type presses are favorable. The plate 205 is used to press. At this time, the amount of fall of the press plate 205 with respect to the light receiving element 4 is regulated by the spacer 206 mounted on the base 204 for presses.
다음에, 도 13에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)에, 와이어 볼 범프(10)가 형성된 수광 소자(4)를 접합한다. 이 접합, 즉 범프 접합은, 초음파 혼(207)에 의해 흡착 콜렛(208)을 통하여 수광 소자(4)를 지지하고, 100˚C정도로 가열한 온도 조절이 부가된 스테이지(203)에 탑재된 중계 기판(5)에 대하여, 이 수광 소자(4)를 가압하여 초음파 진동시킴으로써 행한다.Next, as shown in FIG. 13, the light receiving element 4 on which the wire ball bumps 10 are formed is bonded to the relay substrate 5. This junction, that is, bump junction, supports the light-receiving element 4 through the adsorption collet 208 by the ultrasonic horn 207, and relays mounted on the stage 203 to which temperature control heated to about 100 ° C. is added. The light receiving element 4 is pressed against the substrate 5 by ultrasonic vibration.
이 때, 중계 기판(5) 및 수광 소자(4)에, 위치 맞춤용의 마커를 형성하여 두고, 이 마커에 따라 위치 결정을 행할 수 있다. 이 위치 결정은, 대향된 중계 기판(5) 및 수광 소자(4) 사이에 배치된 위치 결정용 프리즘(209) 및 프리즘(210)을 통하여, CCD 카메라(212)에 의해, 중계 기판(5)의 마커와 수광 소자(4)의 마커를 동시에 관찰함으로써 행한다. 위치 결정용 프리즘(209)은, 중계 기판(5)에 향한 경사면과 수광 소자(4)에 향한 경사면을 가지고 있고, 중계 기판(5)으로부터의 광과 수광 소자(4)로부터의 광을, 동시에 CCD 카메라(212)에 도달시킨다.At this time, positioning markers are formed on the relay substrate 5 and the light receiving element 4, and positioning can be performed according to the markers. This positioning is performed by the CCD camera 212 and the relay board 5 via the positioning prism 209 and the prism 210 disposed between the opposing relay board 5 and the light receiving element 4. This is performed by simultaneously observing the marker and the marker of the light receiving element 4. The positioning prism 209 has an inclined surface facing the relay substrate 5 and an inclined surface facing the light receiving element 4, and simultaneously emits light from the relay substrate 5 and light from the light receiving element 4. The CCD camera 212 is reached.
이 접합에 있어서, 중계 기판(5)의 배선(7) 상에 수광 소자(4)의 와이어 볼 범프(10)가 확실하게 접하게 할 필요가 있다. 배선(7)에 와이어 볼 범프(10)가 확실하게 접하도록 하기 위해서는, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 배선(7)의 폭 W1를 100μm로 하고, 와이어 볼 범프(l0)의 지름 R1를 60μm로 한다고 한 바와 같이, 배선(7)의 폭 W1를 와이어 볼 범프(10)의 지름 R1보다 넓게 해 두면, 위치 맞춤 공정이 용이해진다. 즉, 와이어 볼 범프(10)의 피치 P1와 배선(7)의 피치 P2를 동등하게 해두면, 배선(7)의 폭 W1와 와이어 볼 범프(1O)의 지름 R1와의 차이가, 접합시의 위치 어긋남 폭 W2가 된다.In this bonding, it is necessary to make sure that the wire ball bumps 10 of the light receiving element 4 are in contact with each other on the wiring 7 of the relay substrate 5. In order to reliably contact the wire ball bumps 10 with the wiring 7, for example, as shown in FIG. 14, the width W 1 of the wiring 7 of the relay board 5 is 100 μm, and the wire ball is shown. As the diameter R 1 of the bump 100 is 60 µm, the positioning process is facilitated by making the width W 1 of the wiring 7 wider than the diameter R 1 of the wire ball bump 10. That is, the difference between the diameter R 1 of the wire ball bumps 10, the pitch P 1 and a wiring (7) pitch side equally haedu the P 2, line 7, the width W 1 and the wire ball bumps (1O) of the, positional deviation at the time of bonding is that the width W 2.
위치 결정 후, 도 13에 나타낸 바와 같이, 초음파 혼(207)에 접속된 흡착 콜렛(208)을 통하여, 수광 소자(4)의 배면으로부터 초음파를 인가한다. 이 초음파에 의해, 초음파 공정에 의해, 와이어 볼 범프(10)와 배선(7)과는, 전기적으로 또한 기계적으로 접합된다.After positioning, as shown in FIG. 13, an ultrasonic wave is applied from the back surface of the light receiving element 4 via the adsorption collet 208 connected to the ultrasonic horn 207. As shown in FIG. By this ultrasonic wave, the wire ball bump 10 and the wiring 7 are electrically and mechanically joined by an ultrasonic wave process.
이 접합에 있어서, 수광 소자(4) 및 중계 기판(5)의 네 코너 부분에, 자외선(UV) 경화형 수지를 소량 공급하여 경화시킴으로써, 이들 수광 소자(4)와 중계 기판(5)이 한층 견고한 접합 강도를 가지고 접합된다. 단, 자외선 경화형 수지는, 수광 소자(4)의 수광부에는 도달하지 않도록 공급할 필요가 있다.In this bonding, a small amount of ultraviolet (UV) curable resin is supplied to the four corner portions of the light receiving element 4 and the relay substrate 5 and cured, whereby the light receiving element 4 and the relay substrate 5 are more robust. Bonded with bond strength. However, it is necessary to supply ultraviolet curable resin so that it may not reach the light receiving part of the light receiving element 4.
그리고, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)과의 접합에는, 이방성 도전 재료는 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이방성 도전 재료에는, 액상, 막상의 것이 있지만, 액상의 것은, 일반적으로는 칙소성이 낮고, 수광 소자(4)의 전체에 퍼져 버릴 것이 예상된다. 즉, 이방성 도전 재료는, 수광 소자(4)의 수광부에까지 도달해 버릴 우려가 있다. 이방성 도전 재료에는, 진공과는 상이한 굴절률을 가지고, 광의 흡수를 수반하는 것도 있다. 이방성 도전 재료가 수광 소자(4)의 수광부에 도달하고 있는 경우에는, 이방성 도전 재료의 광의 흡수에 의해, 발광 소자(4)에 있어서의 광검출 신호의 강도가 약해져, 이방성 도전 재료의 굴절률이 진공과 상이하므로, 광학 거리가 변조되게 된다. 이 경우에는, 수광 소자(4)의 수광부에 도달한 이방성 도전 재료의 막두께를 제어할 필요가 있지만, 이러한 제어는 곤란하므로, 이방성 도전 재료는 사용하지 않는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable not to use an anisotropic conductive material for joining the light receiving element 4 and the relay substrate 5. Although the anisotropic electrically-conductive material has a liquid phase and a film-like thing, the liquid phase is generally low in thixotropy and is expected to spread to the whole light receiving element 4. In other words, the anisotropic conductive material may reach the light receiving portion of the light receiving element 4. The anisotropic conductive material has a refractive index different from that of a vacuum and may be accompanied by absorption of light. When the anisotropic conductive material reaches the light receiving portion of the light receiving element 4, the intensity of the photodetection signal in the light emitting element 4 is weakened by absorption of the light of the anisotropic conductive material, and the refractive index of the anisotropic conductive material is vacuum. Since it is different from, the optical distance is modulated. In this case, although it is necessary to control the film thickness of the anisotropic conductive material which reached the light receiving part of the light receiving element 4, since such control is difficult, it is preferable not to use an anisotropic conductive material.
중계 기판(5)이, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 발광 파장의 광에 대해 흡수 특성을 가지지 않는 재료, 즉, 반도체 레이저(3)로부터 출사한 광을 투과시키는 특성을 갖는 투명한 재료를 모재로 하여 형성되는 경우에는, 도 15 (A)에 나타낸 바와 같이, 전술한 것 같은 투공을 형성할 필요가 없다. 이 경우에는, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 광의 발광 파장에 따라 중계 기판(5)의 각 면(5 a),(5b) 또는 어느 한쪽 면에, 무반사 코트(AR코트)층을 행하는 일이 바람직하다. 여기서, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 발광 파장의 광에 대해 흡수 특성을 가지지 않는 재료로서는, 사파이어, 광학 유리, 합성 수지 재료, III족 질화물 반도체, 산화 아연, 산화 실리콘의 어느 것이든 사용할 수 있다.The relay substrate 5 is composed of a material having no absorption characteristic with respect to light having a light emission wavelength emitted from the semiconductor laser 3, that is, a transparent material having a property of transmitting light emitted from the semiconductor laser 3. In the case of forming the same, as shown in Fig. 15A, it is not necessary to form the perforations as described above. In this case, an antireflective coat (AR coat) layer may be applied to each of the surfaces 5a, 5b or any one surface of the relay substrate 5 in accordance with the emission wavelength of the light emitted from the semiconductor laser 3. desirable. Here, as a material which does not have absorption characteristics with respect to light of the emission wavelength emitted from the semiconductor laser 3, any of sapphire, optical glass, synthetic resin material, group III nitride semiconductor, zinc oxide and silicon oxide can be used. .
이 투명한 중계 기판(5) 상에는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 전술한 중계기판(5)과 마찬가지로, 범프용 전극부(17a)를 포함하는 배선(7)이 형성되어 있다. 이 배선(7)은, 수광 소자(4)와 전술한 바와 같은 범프 접합을 행하기 위한 범프용 전극부(17a)와, 외부와의 접속을 하기 위한 단자부(17b)를 전기적으로 접속하도록 형성되어 있다.On this transparent relay board 5, as shown in FIG. 16, the wiring 7 containing bump electrode part 17a is formed similarly to the relay board 5 mentioned above. The wiring 7 is formed so as to electrically connect the light receiving element 4 to the bump electrode portion 17a for performing the bump bonding as described above, and the terminal portion 17b for connecting to the outside. have.
이 경우에도, 전술한 중계 기판(5)과 마찬가지로, 도 15 (B)에 나타낸 수광 소자(4)가 범프 접합된다. 수광 소자(4)의 한쪽 면측에는, 수광부(4a)가 설치되고, 주위 에지부에 와이어 볼 범프(10)가 형성되는 다수의 접속용의 전극(4b)이 형성되어 있다.Also in this case, similarly to the relay substrate 5 described above, the light receiving element 4 shown in FIG. 15B is bump bonded. On one surface side of the light receiving element 4, a light receiving portion 4a is provided, and a plurality of connecting electrodes 4b in which the wire ball bumps 10 are formed in the peripheral edge portion are formed.
중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (C)에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 배선(7)에 형성된 면과 수광 소자(4)의 와이어 볼 범프(10)가 형성된 전극(4b)이 형성된 면을 대향시켜 맞댈 수 있다. 도 15 (C) 에 나타낸 바와 같이 맞댈 수 있었던 중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (D) 에 나타낸 바와 같이, 양면으로부터 가압되고, 와이어 볼 범프(10)를 통하여 수광 소자(4) 측의 전극(4b)과 중계 기판(5) 측의 범프용 전극부(17a)를 전기적으로 접속하는 동시에 기계적으로 접합된다.As shown in FIG. 15C, the relay substrate 5 and the light receiving element 4 include a surface formed on the wiring 7 of the relay substrate 5 and the wire ball bumps 10 of the light receiving element 4. The surfaces on which the formed electrodes 4b are formed can be opposed to each other. As shown in FIG. 15 (C), the relay substrate 5 and the light receiving element 4 which are joined together are pressurized from both surfaces as shown in FIG. 15D, and are received through the wire ball bumps 10. The electrode 4b on the (4) side and the bump electrode portion 17a on the relay substrate 5 side are electrically connected and mechanically joined together.
서로 접합된 중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (E) 및 도 15 (F)에 나타낸 바와 같이, 서로의 접합부의 주위를 접착제 또는 저융점 유리(12) 등의 밀봉 재료를 사용하여 덮는 것에 의해 접합부로부터 내측을 밀봉한다. 수광 소자(4)의 외측면은, 합성 수지나 테이프 등으로 덮는 것에 의해 보호하도록 해도 된다.As shown in Figs. 15E and 15F, the relay substrate 5 and the light receiving element 4 bonded to each other seal materials such as adhesive or low melting glass 12 around the joint portions of each other. The inner side is sealed from the junction by covering with. The outer surface of the light receiving element 4 may be protected by covering with synthetic resin, tape, or the like.
이와 같이 하여, 중계 기판(5)에 수광 소자(4)가 실장되어 서로의 접합부가저융점 유리(12)등의 밀봉 재료에 의해 밀봉됨으로써, 도 15 (F)에 나타낸 바와 같은 수광 유닛(11)이 구성된다.In this way, the light receiving element 4 is mounted on the relay substrate 5, and the bonding portions of the light receiving element 4 are sealed by a sealing material such as low melting glass 12, thereby receiving the light receiving unit 11 as shown in FIG. 15 (F). ) Is configured.
다음에, 도 17에 나타낸 바와 같이, 광학 소자(2) 및 반도체 레이저(3)가 장착된 기판(1)에 대해서, 도 18에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)을 일체화시킨 수광 유닛(11)을 장착한다. 광학 소자(2) 및 반도체 레이저 (3)은, 기판(1)에 대해 접착에 의해 장착된다. 이 접착은, 후의 공정에서 떼어낼 수 있도록 한, 이른바, 임시 부착이라도 된다. 사용할 접착제로서는 예를 들면, 은(Ag) 페이스트, 열경화형 수지, 자외선(UV) 경화형 수지 등을 들 수 있다. 그리고, 접착시에 있어서의 열변형을 억제하기 위해서는, 저온열 경화형 수지, 또는, 자외선 경화형 수지를 사용하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 17, with respect to the substrate 1 on which the optical element 2 and the semiconductor laser 3 are mounted, the light receiving element 4 and the relay substrate 5 are shown in FIG. 18. The light receiving unit 11 integrated therein is mounted. The optical element 2 and the semiconductor laser 3 are attached to the substrate 1 by adhesion. This adhesion may be so-called temporary attachment so that it can be removed at a later step. As an adhesive agent to be used, a silver (Ag) paste, a thermosetting resin, an ultraviolet (UV) curable resin, etc. are mentioned, for example. And in order to suppress the heat deformation at the time of adhesion | attachment, it is preferable to use low temperature thermosetting resin or ultraviolet curable resin.
수광 유닛(11)은, 광학 소자(2) 및 반도체 레이저(3)가 장착된 기판(1)에 대한 위치 결정을 행하고 나서, 기판(1)에 접착하여 장착한다. 이 위치 결정은, 마커를 사용한 위치 결정을 행하는 패시브 얼라이먼트라도 되지만, 위치 정밀도를 높이기 위해서는, 반도체 레이저(3)를 발광시켜, 수광 유닛(11)으로부터의 출력 신호를 보면서 위치 결정을 행하는 액티브 얼라이먼트를 채용하는 것이 바람직하다.The light receiving unit 11 performs the positioning with respect to the board | substrate 1 with which the optical element 2 and the semiconductor laser 3 were mounted, and attaches and attaches to the board | substrate 1 here. This positioning may be a passive alignment that performs positioning using a marker. However, in order to increase the position accuracy, the semiconductor laser 3 emits light, and an active alignment that performs positioning while viewing the output signal from the light receiving unit 11 is performed. It is preferable to employ.
액티브 얼라인먼트를 행하는 경우에는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(3)를 발광시켜, 더미 디스크(220)를 사용하여, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속 L1를 반사시켜 귀환 광속 L2로 하여 수광 유닛(11) 측으로 되돌린다. 이 때, 수광 유닛(11)을 콜렛(219)에 지지하고, 중계 기판(5)을 기판(1)에 접촉시키는상태로 위치시킨다. 수광 유닛(11)의 서로 직교하는 X방향, Y방향, Z방향의 3방향의 위치 조정은, 수광 유닛(11)으로부터의 출력 신호를 모니터하면서, 항상 기판(1)에 접촉시킨 상태로, 수광 유닛(11)을 이동시킴으로써 행한다. 수광 유닛(11)이 항상 기판(1)에 접촉하고 있으므로, 더미 디스크(220)로부터 수광 소자(4)의 수광면까지의 광로 길이는, 항상 일정하게 유지된다.When performing the active alignment, as shown in Fig. 19, followed by emission of the semiconductor laser 3, by using the dummy disc 220, and reflects the light beam L 1 emitted from the semiconductor laser 3, the return light beam L 2 To the light receiving unit 11 side. At this time, the light receiving unit 11 is supported by the collet 219, and the relay substrate 5 is placed in contact with the substrate 1. Position adjustment of the light receiving unit 11 in the X direction, the Y direction, and the Z direction orthogonal to each other receives light in a state of always being in contact with the substrate 1 while monitoring the output signal from the light receiving unit 11. This is done by moving the unit 11. Since the light receiving unit 11 is always in contact with the substrate 1, the optical path length from the dummy disk 220 to the light receiving surface of the light receiving element 4 is always kept constant.
수광 유닛(11)을 지지하는 콜렛(219)은, 도 20에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 주위를 지지하는 동시에, 수광 소자(4)로부터의 출력 신호를 꺼내기 위한 프로브(211)를 가지고 있다.As shown in FIG. 20, the collet 219 supporting the light receiving unit 11 supports the periphery of the relay substrate 5, and the probe 211 for taking out the output signal from the light receiving element 4. Have.
이 조정에 있어서 모니터하는 신호는, 수광 소자(4)에 있어서의 수광부의 배치에 따라서 상이하다. 예를 들면, 수광 소자(4)의 수광부가, 도 21에 나타낸 바와 같이, 더미 디스크(220)에 입사되고 이 더미 디스크(220)에 의해 반사된 귀환광을 방사형으로 4분할하여 수광하는 수광부 A, B, C, D에 의해 비점 격차법에 따르는 포커스 에러 신호를 검출하고, 이들 수광부 A, B, C, D의 양측의 각각 귀환광을 평행을 3분할하여 수광하는 수광부 E, I, F, 수광부 G, J, H에 있어서, 푸시풀법에 따른 트래킹 에러 신호를 검출하고, 또한 남은 2개의 수광부 K, L에 의해, 차동 검출을 행하여 RF신호를 검출하는 수광부인 경우, 각 수광부로부터의 광검출 출력을 이용한 이하의 연산 결과에 따라서, 수광 유닛(11)의 위치 조정을 행할 수 있다. 즉, 기록 매체 상의 기록 트랙에 따른 방향인 도 21 중 X방향에 대해서는 이하의 연산을 이용한다.The signal to be monitored in this adjustment differs depending on the arrangement of the light receiving portion in the light receiving element 4. For example, as shown in FIG. 21, the light receiving portion A of the light receiving element 4 receives light by dividing the feedback light incident on the dummy disk 220 and reflected by the dummy disk 220 in a radial manner. A light receiving unit E, I, F, which detects a focus error signal according to a non-point difference method by using B, C, and D, and receives light by dividing the feedback light on both sides of each of the light receiving units A, B, C, and D in parallel. In the light receiving units G, J, and H, the tracking error signal according to the push-pull method is detected, and the light receiving unit detects the RF signal by differential detection by the remaining two light receiving units K and L, and the light detection unit from each light receiving unit is used. According to the following calculation result using the output, the position of the light receiving unit 11 can be adjusted. That is, the following calculation is used for the X direction in Fig. 21 which is the direction along the recording track on the recording medium.
(A+D)-(B+C)(A + D)-(B + C)
기록 매체의 기록 트랙에 직교하는 방향인 도 21 중 Y방향에 대해서는, 이하의 연산을 사용한다.The following calculation is used for the Y direction in FIG. 21 which is a direction orthogonal to the recording track of the recording medium.
(A+B)-(D+C)(A + B)-(D + C)
또는,or,
(E+G)-(F+H)(E + G)-(F + H)
반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속의 광축 방향인 도 21 중 Z방향의 조정은, 반도체 레이저(3)을 광축 방향으로 이동시키거나, 또는 수광 유닛(11) 및 기판(1)의 사이에 투공을 갖는 스페이서를 개재시킴으로써 행할 수 있다. 그리고, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속을 90˚편향시켜 기판(1) 측에 입사시키는 프리즘이 기판(1)에 장착되어 있는 경우에는, 도 21 중 Z방향의 조정은, 반도체 레이저(3)를 기판(1)의 주면에 따라 이동시키는 것에 의해 행할 수 있다.Adjustment of the Z direction in FIG. 21 which is the optical axis direction of the light beam radiate | emitted from the semiconductor laser 3 moves the semiconductor laser 3 to an optical axis direction, or it perforates between the light receiving unit 11 and the board | substrate 1 It can carry out by interposing the spacer which has this. And when the prism which injects the light beam radiate | emitted from the semiconductor laser 3 by 90 degree, and injects into the board | substrate 1 side is mounted in the board | substrate 1, adjustment of the Z direction in FIG. ) Can be moved along the main surface of the substrate 1.
그리고, 복합 광학 소자를 구성하는 수광 소자(4)의 수광부의 패턴은, 여러 가지의 것이 사용되고, 액티브 얼라인먼트에 있어서 모니터하는 신호를 얻기 위한 연산은, 수광부의 패턴에 따라 적당히 결정된다.The light-receiving portion of the light-receiving element 4 constituting the composite optical element has various types, and the calculation for obtaining a signal to be monitored in active alignment is appropriately determined according to the pattern of the light-receiving portion.
다음에, 중계 기판(5)을 제조하는 공정을 설명한다.Next, the process of manufacturing the relay board 5 is demonstrated.
중계 기판(5)를 제조하려면 , 먼저 중계 기판(5)을 구성하는 재료인 모재가, 알루미나, 질화 알루미늄, 또는 유리 에폭시의 어느 세라믹 재료인 경우에는, 이들의 재료는 가시 광선 대역의 광을 투과시키지 않기 때문에, 도 22에 나타낸 바와 같이, 먼저, 스텝 st1에 있어서, 복수매의 중계 기판(5)이 연속된 상태의 재료에 구멍을 뚫어, 개개의 중계 기판(5)으로 분리하기 위한 홈을 형성하여 둔다. 다음에, 스텝 st2에 있어서, 배선(7)의 베이스층을 구성하는 알루미늄 또는 니켈을 인쇄에 의해 형성하고, 스텝 st3에 있어서, 이 베이스층을 소결시킨다. 다음의 스텝 st4에 있어서는, 배선(7)의 베이스층 상에 금 등의 상 배선재를 도금법에 의해 형성한다. 스텝 st5에 있어서, 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다. 여기서 사용하는 세라믹 재료는, 염가이며, 두께를 얇게 해도 강도가 강하다고 하는 이점을 가진다.In order to manufacture the relay board 5, when the base material which is the material which comprises the relay board 5 is any ceramic material of alumina, aluminum nitride, or glass epoxy, these materials transmit the light of visible light band. As shown in Fig. 22, first, in step st1, a plurality of relay boards 5 are made of holes in the material in a continuous state, and grooves for separating them into individual relay boards 5 are made. Form it. Next, in step st2, aluminum or nickel constituting the base layer of the wiring 7 is formed by printing, and in step st3, the base layer is sintered. In following step st4, phase wiring materials, such as gold, are formed on the base layer of the wiring 7 by the plating method. In step st5, it is isolate | separated into the individual relay boards 5. The ceramic material used here is inexpensive and has the advantage that strength is strong even if thickness is made thin.
중계 기판(5)을 이루는 재료, 즉 모재가, 실리콘(Si), 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP), 또는 징크셀렌(ZnSe) 중 어느 하나의 반도체 재료인 경우에는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 이른바 드라이에칭 방법에 따라 배선(7)을 형성한다. 이들 반도체 재료는, 모두 일반적인 반도체 제조 공정에 있어서 사용되는 재료이므로, 이 재료를 사용하는 것은, 가공 프로세스가 확립되어 있다고 하는 이점이 있다. 즉, 스텝 st11에 있어서, 구멍뚫기용의 마스크를 형성하여 두고, 스텝 st12에 있어서, 복수매의 중계 기판(5)이 연결된 상태의 웨이퍼에 대해, 드라이 에칭에 의한 구멍뚫기를 행한다. 다음에, 스텝 st13 내지 스텝 st15에 있어서, 배선 패턴 및 마커의 인쇄, 증착, 리프트 오프를 행하고, 배선(7) 및 마커(7a)를 형성한다. 스텝 st16에 있어서, 다이서 컷에 의해, 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다.When the material constituting the relay substrate 5, that is, the base material is any one of semiconductor materials of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium-phosphorus (InP), or zinc selenium (ZnSe), FIG. 23. As shown in the drawing, the wiring 7 is formed by a so-called dry etching method. Since these semiconductor materials are all materials used in a general semiconductor manufacturing process, using this material has the advantage that a processing process is established. That is, in step st11, a mask for punching is formed, and in step st12, the hole by dry etching is performed with respect to the wafer in which the several relay board 5 was connected. Next, in steps st13 to st15, the wiring pattern and the marker are printed, deposited, and lifted off to form the wiring 7 and the marker 7a. In step st16, it divides into the individual relay boards 5 by dicer cut.
여기서 사용하는 반도체 재료는, 벽개성(劈開性)이 있으므로, 웨이퍼 상에 있어서 복수의 중계 기판을 만들어, 후에 개개의 중계 기판(5)으로 분리하는 것이 용이하다. 이 공정은, 일반적인 다이서 공정이라도 되고, 상처를 내어 브레이크하는 벽개 공정이라도 된다. 반도체 재료를 사용한 포토리소그라피의 공정도 반도체 제조 공정에 있어서 이미 확립되어 있고, 배선(7)의 선폭, 피치 및 두께를 고정밀도로 제어할 수 있다. 배선(7)의 사이즈 정밀도, 중계 기판(5)의 사이즈 정밀도가 낮은, 즉 공차가 크면, 기판(1)에 있어서도 그 공차에 따른 마진을 취할 필요가 있기 때문에, 기판(1)이 커져 버린다. 기판이 커지면, 복합 광학 소자의 전체의 크기도 커져 버린다. 따라서, 배선(7)의 사이즈 정밀도, 중계 기판(5)의 사이즈 정밀도가 높으므로, 기판(1)을 작게 할 수 있어, 복합 광학 소자의 전체를 작게 할 수 있다.Since the semiconductor material used here has cleavage property, it is easy to make several relay board | substrates on a wafer, and to separate into individual relay boards 5 later. This process may be a general dicer process or a cleavage process of breaking and breaking. The process of photolithography using a semiconductor material is already established in the semiconductor manufacturing process, and the line width, pitch, and thickness of the wiring 7 can be controlled with high precision. If the size precision of the wiring 7 and the size precision of the relay board 5 are low, that is, the tolerance is large, the substrate 1 also becomes large because the margin according to the tolerance also needs to be taken in the substrate 1 as well. As the substrate increases, the overall size of the composite optical element also increases. Therefore, since the size precision of the wiring 7 and the size precision of the relay board 5 are high, the board | substrate 1 can be made small and the whole composite optical element can be made small.
본 발명을 구성하는 중계 기판(5)에 사용되는 반도체 재료는, 밴드 갭 이하의 광을 흡수하는 것이 없기 때문에, 광원인 반도체 레이저(3)으로부터 출사되는 광의 발광 파장이 이 밴드 갭 이하인 경우는, 중계 기판(5)에 투공(6)을 설치할 필요는 없다.Since the semiconductor material used for the relay substrate 5 which comprises this invention does not absorb the light below a band gap, when the emission wavelength of the light radiate | emitted from the semiconductor laser 3 which is a light source is below this band gap, It is not necessary to provide the perforation 6 in the relay board 5.
또한, 중계 기판(5)을 구성하는 재료인 모재가, 사파이어, 광학 유리, 합성 수지 재료, III족 질화물 반도체, 산화 아연, 산화 실리콘 중 어느 하나이며, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광의 파장 대역의 광을 흡수하지 않는 재료인 경우에도, 중계 기판(5)에 투공(6)을 형성할 필요는 없다. 이 경우, 중계 기판(5)을 제조하기 위해서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 스텝 st21 내지 스텝 st23에서, 복수매의 중계 기판(5)이 연속된 상태의 웨이퍼에 대하여, 배선 패턴 및 마커의 인쇄, 증착, 리프트 오프의 각 공정을 행하여, 배선(7) 및 마커를 형성한다. 스텝t24에 있어서, 다이서 컷에 의해 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다.In addition, the base material which is the material which comprises the relay board 5 is any one of sapphire, optical glass, a synthetic resin material, group III nitride semiconductor, zinc oxide, and silicon oxide, and the wavelength band of the light radiate | emitted from the semiconductor laser 3 Even in the case of a material that does not absorb light, it is not necessary to form the perforations 6 in the relay substrate 5. In this case, in order to manufacture the relay board 5, as shown in FIG. 24, the wiring pattern and the marker are printed on the wafer in which the plurality of relay boards 5 are continuous in steps st21 to st23. Each process of vapor deposition and lift-off is performed to form the wiring 7 and a marker. In step t24, it divides into individual relay boards 5 by dicer cut.
전술한 각 예에 있어서는, 수광 소자(4)에의 와이어 볼 범프(10)의 형성은, 수광 소자(4)의 개개로 대하여 행하고 있지만, 와이어 볼 범프(1O)는, 복수의 수광소자(4)가 늘어선 상태의 웨이퍼 상에서 형성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 전술한 각 예에 있어서는, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)과의 접합도, 개개의 수광 소자(4) 및 중계 기판(5) 사이에 행하고 있지만, 모두 웨이퍼 상태, 또는 이들의 어느 한쪽이 웨이퍼 상태에서 행해도 된다. 오히려, 생산성의 관점으로부터는, 웨이퍼 상태로 행하는 것이 바람직하다.In each of the above-described examples, the wire ball bumps 10 are formed on the light receiving element 4 with respect to each of the light receiving elements 4, but the wire ball bumps 10 are the plurality of light receiving elements 4. It is also possible to form on the wafer in the lined state. Similarly, in each of the above-described examples, although the bonding between the light receiving element 4 and the relay substrate 5 is also performed between the individual light receiving element 4 and the relay substrate 5, all of them are in a wafer state or these. Either one may be performed in a wafer state. Rather, it is preferable to perform in a wafer state from a productivity viewpoint.
전술한 예에 있어서는, 수광 소자(4)에 와이어 볼 범프(10)를 형성하고, 중계 기판(5)에 배선(7)을 형성하고 있지만, 수광 소자(4)에 배선(7)을 형성하고, 중계 기판(5)에 와이어 볼 범프(10)를 형성하도록 해도 된다.In the above-described example, the wire ball bumps 10 are formed on the light receiving element 4, and the wiring 7 is formed on the relay substrate 5, but the wiring 7 is formed on the light receiving element 4. The wire ball bumps 10 may be formed on the relay substrate 5.
또한, 전술한 예에서는, 광원으로서 반도체 레이저(3)를 사용하고 있지만, 본 발명에 사용하는 광원의 종류는 반도체 레이저에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 유기 재료를 사용한 발광 소자 등이라도 된다.In addition, although the semiconductor laser 3 is used as a light source in the above-mentioned example, the kind of light source used for this invention is not limited to a semiconductor laser, For example, the light emitting element using an organic material, etc. may be sufficient.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 복합 광학 소자 또는 수광 소자 장치는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자, 또는 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중계 부재를 구비하고, 이 중계 부재가, 수광 소자에 입사하는 광속을 투과시키기 위한 구멍을 가지거나, 또는 발광 소자로부터 출사되는 광의 발광 파장을 흡수하지 않는 특성을 갖는 투명 재료로 이루어지는 모재에 의해 형성되고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속시키고 있으므로, 수광 소자로부터의 광검출 출력을 모니터하면서 위치 결정을 행하는 액티브 얼라인먼트를 용이하게 행할 수 있고, 수광 소자의 마운트 정밀도를 향상시킬 수 있다. 수광 소자의 마운트 정밀도의 향상에 의해, 광원의 단파장화에 따른 정밀도의 향상을 실현할 수 있어, 복잡한 신호 검출을 채용하는 광학 픽업 장치에도 용이하게 대응할 수 있다.As described above, the composite optical element or light receiving element device according to the present invention includes a substrate, at least one optical element mounted on one side of the substrate, a light emitting element and a light receiving element mounted on the other side of the substrate, or light receiving. An element, and a relay member interposed between the substrate and the light receiving element, the relay member having a hole for transmitting a light beam incident on the light receiving element or not absorbing a light emission wavelength of light emitted from the light emitting element. It is formed of a base material made of a transparent material having characteristics, and has a conductive part, and the terminal of the light receiving element and the conductor pattern on the substrate are connected by the conductive part, so that the photodetection output from the light receiving element is monitored. Active alignment for positioning can be easily performed while the mounting accuracy of the light receiving element Can be improved. By improving the mounting accuracy of the light receiving element, it is possible to realize an improvement in the accuracy of shortening the light source, and to easily cope with an optical pickup device employing complicated signal detection.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 또는 수광 소자 장치를 제조하는데 있어서는, 종래부터 사용되고 있는 기존의 설비를 사용하는 것이 생기기 때문에, 제조 코스트를 증가시키지 않고 제조할 수 있다.In manufacturing the composite optical element or the light receiving element device according to the present invention, it is possible to use the existing equipment conventionally used, and thus it can be produced without increasing the manufacturing cost.
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